天然气斜井携液临界流量预测方法.pdf

第 3 3卷第4期 曲 天然乞北 O I L G A S G E 0 L 0 G Y 2 0 1 2年 8月 文章编号 0 2 5 3 9 9 8 5 2 0 1 2 0 4 0 6 5 00 5 天然气斜 井携液临界流量预测方法 李 丽 ， 张 磊 ， 杨 波 ， 殷 茵 ， 李 登伟 1 ． 中国石化 国际石油勘探开发有限公司， 北京 1 0 0 0 2 9 ； 2 ． 中国石油 西南油气田分公司 华油公司， 四川 成都 6 1 0 0 1 7 ； 3 ． 中国石油 新疆油田分公司 陆梁油田作业区， 新疆 克拉玛依 8 3 4 0 0 0 摘要 目前， 广泛应用的天然气井携液临界流量计算模型是建立在直井基础之上的， 没有考虑井斜角对携液的影响。但 是， 随着定向井和水平井的 日益增多， 现有直井计算模型已经不能准确预测斜井的携液临界流量。为解决这个问题， 以 T u r n e r 计算模型为研究基础， 同时考虑井斜角的影响， 根据球形液滴的受力条件， 认为其在斜井井筒运动过程 中不会一直 沿井筒中心线上升， 而是慢慢运移至油管壁， 最终沿管壁 向上方滑动。依据牛顿摩擦定律， 计算出管壁对液滴的摩擦力， 重新建立液滴受力模型， 提出了斜井携液临界流量预测模型。最后， 在T u r n e r 模型的基础上， 推导出了修正系数表， 认为 修正系数与摩擦系数和井斜角有关。通过现场实例应用， 计算结果表明该计算方法具有较高的精度。 关键词 携液； 临界流量； 修正系数； 斜井； 天然气开发 中图分类号 T E 3 5 7 ． 4 文献标识码 A Pr e d i c t i o n me t ho d o f c r i t i c a l l i q u i d- c a r r y i n g flo w r a t e f o r dir e c t i o nal g a s we l l s Li L i ， Zh a n g Le i ， Ya n g Bo 。 ，Yi n Yi n a n d Li De ng we i 1 ． S 1 N O P E C I n t e r n a t i o n a l P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n a n d P r o d u c t i o n C o rp o r a t i o n ， B e ij i n g 1 0 0 0 2 9 ， C h i n a ； 2 ．Hu a y o u Co mpa n y， Pe t r o Chi n a S o u t h we s t Oi e l d C ompa n y， Ch e n g du， S i c h na n 61 0 01 7， Chi n a； 3 ． L u l i a n g O i e l d ， P e t r o C h i n a X i n j i a n g O i e l d C o m p a n y ， K a r a m a y ， X i n j i a n g 8 3 4 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Cu r r e n t p o pu l a r mo d e l s f o r c a l c u l a t i n g c rit i c a l l i q u i d c a r r y i n g flo w r a t e for d i r e c t i o na l g a s we l l s a r e e s t a b l i s h e d b a s e d o n v e r t i c a l we l l s wi t h o u t c o n s i d e r i n g t h e i n flu e n c e s o f d e v i a t i o n a n g l e o n l i q ui d c a r r y i ng ． No w mo r e a n d mo r e d i r e c t i o n a l we l l s a n d h o riz o n t a l we l l s a r e d e p l o y e d i n c o a l be d me t ha n e r e c o v e r y， b u t t h e c u r r e n t v e r t i c a l we l l - b a s e d mo de l s c a n n o t a c c u r a t e l y p r e d i c t t h e c r i t i c a l l i q u i d c a r r y i n g flo w r a t e o f t h e s e we l l s ． To s o l v e t hi s p r o b l e m ， we p e r f o r me d s t ud y b a s e d o n Tu r n e r c a l c u l a t i o n mo d e l wi t h i mp a c t s o f d e v i a t i o n a n g l e i n t e g r a t e d． Ana l y s i s o f t h e f o r c e b a l a n c e o f s p h e ric a l d r o p l e t s r e v e a l s t h a t t h e l i q u i d d r o p s d o n o t a l wa y s r i s e u p a l o n g t h e c e n t r a l l i n e bu t f a l l o f f s l o wl y o n t h e t u bi n g wa l l a n d f i n a l l y g l i d e u p a l o n g t h e t ub i ng ． Ac c o r d i n g t o Ne wt o n’S f r i c t i o n l a w， w e c a l c u l a t e d t h e f ri c t i o n f o r c e b e t w e e n t h e t u b i n g w a l l a n d l i q u i d d r o p， a n d r e b u i l d a n e w mo d e l t o p r e d i c t c rit i c a l l i q u i d c a r r y i n g flo w r a t e for di r e c t i o n a l g a s we l l s ． Fi n a l l y， o n t h e ba s i s o f t h e Tu r n e r mo d e l ， we d e riv e d c o r r e c t i o n f a c t o r s wh i c h a r e r e l a t e d t o t h e f r i c t i o n c o e ffi c i e n t s a nd t h e d e v i a t i o n a ng l e s ． Th e p r a c t i c a l a p - p l i c a t i o n s h o ws t h a t t h i s c a l c u l a t i o n me t h o d h a s h i g he r p r e c i s i o n． Ke y wo r ds l i q u i d c a r r y i n g， c r i t i c a l flo w r a t e， c o rre c t i o n c o e ffi c i e n t ， d i r e c t i o n a l we l l ， n a t ur a l g a s d e v e l o p me n t 天然气 的开发常常 以衰竭方式进行 ， 开采速 度和最终采收率相 比油藏要高得多 ， 一般纯气藏 的最终采收率高达 9 0 ％⋯ 。气井一旦产水 ， 就会 使采气速度和一次开采 的采收率大大降低 ； 另一 方面， 由于气液两相增加了气井的能量损失 ， 造成 收稿 日期 2 0 1 1 0 51 6 ； 修订 日期 2 0 1 2 0 3 2 O 。 第一作者简介 李丽 1 9 8 1 一 ， 女 ， 工程师 ， 油气 田开发工程 。 气体速度和井底压力 的下降 ， 使 天然气没 有足够 的能量将水带出井筒 ， 气井就会发生积液现象。 随着积液的增多 ， 气井 的产量会越来越少 ， 直至气 井停产 。准确 确定气 井 的临界携 液 流速或 流 量， 提前预测气 井积液， 对于减缓井底积液 、 提高 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 5 2 石 油 与 天 然 气 地 质 第 3 3卷 力 、 重力、 管壁的支撑力和管壁 的摩擦力。沿井筒 方向， 液滴的运动速 度与受力关 系可 由牛顿第 二 定律运动方程表示_ 1 R 一F g C O S 一 m d v 1 当达到临界状态 时， 液滴 前进 的动力与阻力 达到平衡 ， 此时液滴的运动速度为 0 。因此在临界 状态下， 公式 1 可以表示为 F bF c o s f0 2 在垂直于井壁方 向关系式为 Ⅳ F hF s i n o t0 3 假设液滴为规则 的球形 ， 表面光滑 ， 等效直径 为 d ， 则液滴所受重力 F 、 浮力 F 与拽力 R 为 F 7 T P 1 g F 7 r P g 4 R P CD O g 式 中 气井携液临界流速， m ／ s ； ￡ 时间 ， s ； 井斜角， 。 ； d 液滴直径 ， m； P “ ， 分别是液体和气体密度 ， k g ／ m 。 ； C 拽力系数 ， 无量 纲为 雷诺数 的函 数 ， 参 考 T u r n e r公 式 ， 牛 顿 流 体 1 0 0 0R e 2 0 0 0 0 0 取 0 ． 4 4 。 液滴所受油 管管壁摩 擦力遵 循牛 顿摩擦 定 律 】 ， 为 fA N 5 式中 A 摩阻因子 ， 无量纲 ， 与雷诺数和油管粗 糙度有关。 联立 3 式 、 4 式和 5 式 ， 则液滴所受摩擦 力 为 詈 d A p 一 P g g s in 6 只要气井 中最大直径 的液滴不滑落 ， 气井积 液就不会发生 。液体 的最大直径 由韦伯数决 定 ， 当韦伯数 超过 3 0后 ， 气流 的惯性力 和液滴表 面张力问的平衡被打破 ， 液滴就会破碎 。因此 ， 最 大液滴直径 由下面表达式决定 d 3 0 0 , 7 P 式中 气液表面张力 ， N ／ m。 将公式 4 ， 6 与 7 代人公式 2 ， 可得携 带最大液滴 的最小气体流速为 进而可得 ／ f 5 ． 5 } 8 l p, - p o- c9 ／ ， ， 其 中， 括号内为 T u rne r 公式推导结果。T u r n e r 本人将括号内公式乘 1 ． 2倍系数作为最终的计算 公式。 将式 9 进行变换 ， 可得 一 6．6 ／ A0 ． 8 3 ／ A s i n a c o s a 一 | 其中， A为修正系数， 6 ． 6 I 公式计算结果。 1 0 1 1 将计算得到的临界气体流速转化为标况下 的 产气量 ， 可以得到相应 的最小携液产气量 g 2 ． 51 0 8 A p v 1 2 s 。 ，， 式中 q临界携液产气量 ， m ／ d ； 4 油管横截面积 ， i n ； p 压力 ， MP a ； 卜温度 ， K； z 气体压缩因子 ， 无量纲 。 1 ． 2 修 正 系数 的确 定 从公式 1 1 可 以看 出， 修正 系数 A 由摩擦 系数 A 和井斜角 决定 ， 摩擦系数 A 与雷诺 数和管壁粗糙度有关 ， 一般油管 中的摩擦 系数为 0 ． 01～0 ．1 1 5 ] 。从图 3和表 1可以看出， 在井斜角 较小时， 修正系数受摩擦系数 的影响较小 ； 随着井 斜角的增大 ， 系数受摩擦 系数 的影 响也增 大。但 总体来讲 ， 修正系数受摩擦系数 的影响相对较小 ， 受井斜角的影响较大 ， 随着井斜 的增加 ， 修正系数 逐渐减小 ， 与之相对应的携液 临界流速与流量也 相应降低 ， 气井 的携液能力 随之增强 。表 1为修 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 5 4 石 油 与 天 然 气 地 质 第 3 3卷 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7] [ 8 ] 王海更 ， 田晓平 ， 崔 云江 ， 等． 渤海油 田河流相 油气藏 关键 储量参数确定方法 [ J ] ． 石 油与天 然气地 质 ， 2 0 1 1 ， 3 2 2 2 8 72 9 2． Wa n g H a i g e n g ， T i a n X i a o p i n g ， C u i Y u n j i a n g ， e t a 1 ． C a l c u l a t i o n o f k e y r e s e rve p a r a me t e r s o f fl u v ia l r e s e r v o i r s i n B o h a i o i l f i l e d [ J ] ． O i l ＆ G a s G e o l o g y ， 2 0 0 9 ， 3 0 2 2 8 72 9 2 ． 王卫红 ， 刘 传喜 ， 穆 林 ， 等． 高含硫碳 酸盐岩气 藏开 发技术 政策优化[ J ] ． 石油与天然气地质 ， 2 0 1 1 ， 3 2 2 3 0 2 3 1 0 ． W a n g W e i h o n g， L i u Ch u a n x i ， Mu Li n ． T e c h n i c a l p o l i c y o p t i mi z a t i o n f o r t h e d e v e l o p m e n t o f c a r b o n a t e s o u r g a s r e s e r v o i r s [ J ] ． O i l G a s G e o l o gy， 2 0 0 9 ， 3 0 2 3 0 23 1 O ． 王洪江 ， 吴聿 元． 松 辽盆地 长岭断 陷火山岩 天然气 藏分布 规律与控 制 因素 [ J ] ． 石油 与 天然 气地 质 ， 2 0 1 1 ， 3 1 3 3 6 03 6 7． Wa n g Ho n g i i a n g ． Wu Yu y u a n ． D i s t ri b u t i o n p a t t e r n s and c o n t r o l l i n g f a c t o r s o f v o l c a n i c g a s p o o l s i n t h e Ch a n g l i n g f a u l t d e - p r e s s i o n ， t h e S o n g l i a o B a s i n [ J ] ． 0 i l ＆ G a s G e o l o g y ， 2 0 1 1 ， 3 1 3 3 6 0 3 6 7 ． 向耀权 ， 辛松 ， 何信 海 ， 等． 气井 临界携液流 量计算 模型 的 方法综述[ J ] ． 中国石油和化工 ， 2 0 0 9 5 5 5 8 ． Xi a n g Ya o qu a n， Xi n S o n g， He Xi n h a i ， e t a1． Th e s u mma r y o f c r i t i c a l l i q u i d c a r r y i n g fl o w r a t e me t h o d s [ J ] ． C h i n a P e t r o l e u m a n d Ch e mi c a l I n d us t r y． 2 0 09 5 5 5 8． 杨文 明， 王 明， 陈亮 ， 等． 定 向气井 连续携 液临界产 量预测 模型 [ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 9， 2 9 5 8 28 4 ． Ya n g W e n mi n g， W a n g Mi n g， Ch e n L i a n g ， e t a1． A p r e d i c t i o n mo d e l o n c a l c u l a t i o n o f c o n t i n u o u s l i q u i d c a r r y i n g c rit i c a l p r o d u c t i o n o f d i r e c t i o n al g a s w e l l s[ J ] ． N a t u r al G a s I n d u s t r y ， 2 0 0 9， 2 9 5 8 2 8 4 ． 管虹 翔 ， 于继 飞． 大 斜度 气 井临 界 携液 产量 预 测新 方 法 [ J ] ． 中国海上油气 ， 2 0 1 1 ， 2 3 1 5 0 5 2 ． Gu a n Ho n g x i a n g ， Yu J i f e i ． A n e w me t h o d o f t h e c rit i c a l l i q ui d c a r r y i n g fl o w r a t e fo r h i g h l y d e v i a t e d g a s w e l l [ J ] ． C h i n a O ff - s h o r e Oi l a n d G a s ， 2 0 1 1 ， 2 3 1 5 05 2 ． 刘广 峰， 何顺利 ， 顾岱鸿． 气井连续携液 临界产量 的计 算方 法[ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 6 ， 1 0 1 1 41 1 6 ． 上接第 8 4页 [ 1 3 ] [ 1 4] [ 9 ] [ 1 O ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] L i u Gu a n g f e n g， He S h u n l i ， Gu Da i h o n g ． Ne w mo d e l o f t h e c r i t i c a l l i q u i d c a r r y i n g f l o w r a t e for g a s w e l l s [ J ] ． N a t u r a l G a s I n - d u s t r y， 2 0 0 6， 1 0 1 1 4 1 1 6 ． 魏纳 ， 孟英峰 ， 李 悦钦 ， 等． 井 筒连续 携液规 律研究 [ J ] ． 钻 采工艺 ， 2 0 0 8 ， 1 1 8 8 9 0 ． W e i Na， Me n g Yi n g f e n g， L i Yu e q i n， e t a1．Re s e a r c h o n l i q u i d s c o n t i n u o u s r e mo v a l l a w s i n g a s w e l l [ J ] ． D r l l i n g a n d P r o d u c t i o n T e c h n o l o g y， 2 0 0 8， 1 1 8 89 0 ． 姚玉英． 化工原理[ M] ． 天津 天津 大学 出版社 ， 1 9 9 9 4 9 6 0． Y a o Y u y i n g ． C h e mi c al E n g i n e e ri n g P ri n c i p l e s [ M] ． T i a n J i n T i a n j i n U n i v e r s i t y P r e s s ． 1 9 9 9 ． 4 9 6 0 ． 李闽 ， 郭平 ， 谭广 天． 气 井携液 新观 点 [ J ] ． 石油 勘探 与 开 发 ， 2 0 0 1 ， 2 8 5 1 0 51 0 6 ． L i Mi n，Gu o Pi n g ，Ta n Gu a n g t i a n ．Ne w l o o k o n r e mo v i n g l i q u i d s f r o m g a s w e l l s [ J ] ． P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p m e n t ， 2 0 0 1 ， 2 8 5 1 0 51 0 6 ． 李 士伦． 天然气 工程 [ M] ． 北京 石油 工业 出版社 ， 2 0 0 0 2 5 32 6 3． L i S h i l u n ． N a t u r a l G a s E n g i n e e ri n g [ M] ． B e i J i n g P e t r o l e u m I n d us t r y P r e s s ， 2 0 0 0． 2 5 32 6 3． 王 毅 忠 ， 刘 庆文 ． 计 算气 井最 小 携液 临界 流 量 的新 方 法 [ J ] ． 大庆石油地 质与开发 ， 2 0 0 7， 2 6 6 8 28 4 ． Wa n g Y i z h o n g ， L i u Q i n g w e n ． A n e w me t h o d t o c a l c u l a t e t h e mi n i mu m c r i t i c a l l i q u i d s c a r r y i n g fl o w r a t e f o r g a s w e l l s [ J ] ． Pe t r o l e u m Ge o l o gy ＆ Oi l fi e l d De v e l o p me n t i n Da q i n g， 2 0 0 7， 2 6 6 8 2 8 4 ． 康成瑞 ， 徐斌 ， 李兴． 天然气井 井简 积液预测方法解 析 [ J ] ． 新疆石油天然气 ， 2 0 0 9 ， 5 2 7 4 7 6 ． Ka n g Ch e n g r u i ， Xu B i n， Li Xi n g ． An aly s i s o f p r i d i c t i o n me t h o d o f g a s w e l l s l i q u i d l o a d i n g [ J ] ． Xi i a n g O i l＆ G a s ， 2 0 0 9 ， 5 2 7 47 6 ． 陈家琅 ． 石 油气液 两相管 流 [ M] ． 北 京 石 油工业 出版社 ， 1 9 8 9 ． C h e n J i ala n g ．Two p h a s e p i p e fl o w o f p e t r o l e u m g a s l i q u i d [ M] ． B e i J i n g P e t r o l e u m I n d u s t r y P r e s s ， 1 9 8 9 ． US S e c u ri t i e s a n d E x c h a n g e C o m mi s s i o n S E CG u i d e l i n e s ． Co n c e p t r e l e a s e o n p o s s i b l e r e v i s i o n s t o t h e d i s c l o s u r e r e q u i r e me n t s r e l a t in g t o o i l a n d g a s r e s e r v e s [ E B ／ O L ] ． [ 2 0 0 81 0 2 0 ] ． h t t p ∥w w w ． s e e ． g o v ／ r u l e s ／ c o n c e p t ／ 2 0 0 7 ／ 3 38 8 7 0 ． p d f ． US S e c u ri t i e s a n d E x c h a n g e C o m mi s s i o n S E CG u i d e l i n e s ． 编辑董 立 F i n an c i al a c c o u n t i n g a n d r e p o r t i n g for o i l a n d g a s p r o d u c i n g a c t i v i t i e s p u rsu a n t t o t h ed e r al s e c u r i t i e s l a ws a n d t h e e n e r gy p o l i c y a n d c o n s e rva t i o n a c t ， 1 9 7 8[ E B ／ O L] ．[ 2 0 0 81 0 2 0 ] h t t p ∥w w w ． 1 a w ． u c ． e d u ／ c c l f r e g s _ x _ h t m1 ． 编 辑张亚雄 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m